三维模型网格规则化之研究.PDF

三維模型網格規則化之研究 59 三維模型網格規則化之研究   李白峰 黃家平 摘 要 現今三維模型普遍是透過三維掃描硬體設備所產生，但所構建出的三角網格結構， 由於模型表面的變化程度不同，普遍會有不規則性的問題，導致後續應用三維模型進行 重建或壓縮無法達到預期的結果。另外三維模型的外型特徵對三維模型的呈現是很重要 的。因此一個好的網格重製演算法不僅要改善網格之規則度，更要維持住物體之外型特 徵。 因此本論文提出可以自動保留外形特徵且可快速修正網格規則度的網格重製演算 法：首先透過分析物體表面共平面特性的表面分群方法來自動依據模型外形特徵進行分 群；接著針對各個所選取的平坦分群表面區塊使用規則格線進行重新選取取樣點的步 驟，此步驟可快速的在所選取的表面內部產生大量且具有規則特性的網格；最後利用三 維模型網格重建法加強各群之間界接處網格的規則度，以獲得一個可保持物體外形特徵 且具有良好網格規則的重製模型。 關鍵字：網格特徵萃取、網格重製、表面區塊分割法。  醒吾技術學院 會計資訊系  醒吾技術學院 資訊管理系 60 醒吾學報第四十三期 壹、研究背景與研究目的 隨著資訊科技的快速進步，計算機圖學的研究已從傳統的二維平面影像技術發展到 三維空間的立體模型顯示。為了能夠正確的呈現虛擬的三維物體，如何精確且有效率的 顯示三維模型外貌，已成為計算機圖學領域中相當重要的研究課題；而現今使用之三維 模型，大多是使用塑模軟體，如 3D Studio Max 、Maya 、PRO-E 等手動創建[1][2] ，或是 使用三維模型雷射掃描設備。 近年來由於雷射掃瞄器效能的提升，獲得足夠之物體表面取樣點數已不是難事。並 且為了逼真其顯像程度，大多以多邊形或三角片等方式來建構所需之三維立體模型。然 而為了達到更真實的顯像效果，通常會使用數十萬片、甚至數百萬片的三角片來建構我 們所需之立體模型；如此一來，雖然可以達到“顯像逼真”的效果，但相對地也導致計算 量以及儲存空間的增加。 將三維模型特徵點掃描後，便可配合三維外貌重建演算法[5][6] 自動產生網格表 面。但此傳統作法將可能在模型的網格結構上出現取樣過度(Over Sampling)或取樣不足 (Under Sampling)的情況，導致某些區域的三角片相當密集或是某些區域三角片相當稀 疏，造成網格結構會有不規則性(Irregularity)的問題與不一致性(Non-uniformity)的問題產 生。 不規則的網格分佈將導致後續圖學應用，諸如三維模型編輯、壓縮、顯像、變形等 無法達到預期的結果。因此為了改善三維模型不規則的網格結構，增加後續應用的可行 性，網格重製技術演算法已成為計算機圖學領域近年熱門且重要的研究主題之一，此問 題也就是所謂的『網格重製』(Mesh Remeshing)問題。 在三維模型網格重製的研究中，如何成功保留原始模型的外形特徵與改善網格結構 之不規則性一直是個重要的研究課題。因此本論文提出一個三角網格重製技術，透過分 析三維模型表面之共平面性，自動化的沿著模型外形特徵之走向，將模型表面分割成多 個平坦的區塊，藉此降低個別區塊在攤平過程中所產生的誤差量與自動保留原始模型之 外形特徵。並且對分割出之區塊，透過正三角形格線技術與多邊形三角化演算法進行網 格重製處理，此方法可以快速且有效的改善網格結構規則性，並且在重建出新三維重製 模型後，亦針對區塊邊界間縫合問題提出改善方法。 三維模型網格規則化之研究 61 貳、相關研究 網格重製後的模型研究除具有規則的網格分佈外，還擁有多層次解析度的階層式架 構。因此模型將更加適用於多層次解析度的分析，例如地形的LOD(Level-Of-Detail)顯像 或是漸進式壓縮(Progressive Compression) 。在W. F. Lee et al.[10]提出的